El documento trata sobre la radiactividad y las diferentes formas de radiación. Explica que la radiactividad se produce cuando los núcleos inestables de ciertos elementos se desintegran espontáneamente emitiendo radiación. Describe los tres tipos principales de radiación: alfa, beta y gamma, y sus características como carga, penetración y efectos. También cubre temas como la radiactividad natural, las reacciones nucleares espontáneas y provocadas, y los procesos de fisión y fusión nuclear como fuentes potenciales de energía

1. FAUBA
Lic MSci Silvana Torri
torri@agro.uba.ar

2. La radiactividad o radioactividad es un
fenómeno físico por el cual los núcleos de
algunos elementos químicos, llamados
radiactivos, emiten radiación.

3. Es la propagación de energía en forma de ondas
electromagnéticas o partículas subatómicas a través
del vacío o de un medio material.

4. En general, los elementos con número atómico > 83
tienen núcleos inestables, que son capaces de
transformarse espontáneamente, o decaer, en
núcleos atómicos de otros elementos más estables
con la emisión de radiación.
energíaPbPo  206
82
210
84Ejemplo:

5. átomo de oxígeno

6. número atómico Z: es el
número total de protones
que tiene el átomo. Le
otorga identidad al átomo.
número másico A: indica el
número total de partículas
que hay en el núcleo (suma
de protones y neutrones).

7. es el nombre genérico que se aplica a todos los
átomos que poseen el mismo número atómico y
el mismo número másico.
Ejemplo
el H presenta naturalmente tres núclidos:
1H, 2H, 3H.

8. A: número másico
Z: número atómico
3H (tritio)1H (protio) 2H (deuterio)
son los elementos que tienen igual número
atómico pero diferente número másico.

9. energíaHePbPo 4
2
206
82
210
84 →
Es la que resulta de un cambio en la composición
de los núcleos atómicos, con liberación de energía
hay cambios
en el núcleo

11. Interacción nuclear fuerte
+

12. Interacción nuclear fuerte
• es de corto alcance: 10-14 m.
• no es gravitatoria ni es eléctrica
• atractiva
• muy intensa, del orden de MeV = 106 eV
• no distingue entre protones y neutrones
Estabilidad de los núcleos atómicos

13. Núclidos estables Núclidos inestables

14. Entonces…
los núclidos inestables se desintegran,
convirtiéndose en otros núclidos
- que pueden ser a su vez estables o no -
emitiendo radiación.

16. interacción con campos eléctricos y magnéticos

17. Emisiones α
son radiaciones corpusculares positivas (+2), formadas
por núcleos de helio, 4He, despedidos del núcleo del
átomo a alta velocidad (20 000 km/s).
Tienen poco poder de penetración y pueden ser
detenidas por una hoja de papel.
24
2 He

18. energíaHeXW 24
2
4A
2Z
A
Z
_
_ ++ +
→
energíaHeRnRa 24
2
220
86
224
88 ++ +
→
Emisiones α
+ energía

19. Resumiendo …. emisiones α
• núcleos de Helio
• dos cargas positivas
• poco penetrantes
Poder de penetración
de las partículas α
Detenida por la capa más externa de piel
que recubre el cuerpo.
La exposición a partículas alfa fuera del
cuerpo no representa un riesgo serio.
En el interior del cuerpo, puede ser la
fuente de exposición de radiación más
dañina.

20. son radiaciones corpusculares con carga negativa, formadas
por electrones provenientes del núcleo del átomo.
emisiones β

21. energíaXW 0
1
A
1Z
A
Z   
energíaBaCs 0
1
137
56
137
55   
emisiones β

22. Resumiendo …. emisiones β
• electrones
• carga negativa
• mas penetrantes que
las partículas α
Poder de penetración
de las partículas β
Detenida por lámina de aluminio
Pueden viajar varios milímetros a través
del tejido, pero no alcanzan órganos
vitales internos.

23. La radiación gamma o rayos gamma (γ) se produce debido
a un cambio de energía en el núcleo .
No es una radiación corpuscular, sino que está constituida
por fotones (radiación electromagnética).
Es absorbida cuando penetra un material denso.
emisiones γ

24. emisiones γ
Ni*
Ni*
60Co → 60Ni* + e-
60Ni* → 60Ni + 2 γ

25. l)fundamenta(Yexcitado)(*Y A
Z
A
Z 
emisiones γ

26. Resumiendo …. emisiones γ
• no es una radiación corpuscular
• no tiene carga
• muy penetrantes
Poder de penetración
de las partículas γ
Es radiación electromagnética,
energía transmitida a través del
espacio en forma de fotones.
La radiación  es mucho más penetrante que los rayos X
y, por lo tanto, más peligrosa.

27. Cuadro Comparativo

28. Establecidas por Soddy y Fajans en 1913
1. Al emitir una partícula alfa se obtiene un elemento químico
cuyo número atómico es dos unidades menor y con número
másico cuatro unidades menor
A A-4 4
X Y + He + E
Z Z-2 2
226 222 4
Ra Rn + He + E
88 86 2
2. Si se emite una partícula beta se obtiene un elemento cuyo
número atómico es una unidad mayor, con igual número
másico
A A 0
X Y + e + E
Z Z+1 -1
214 214 0
Bi Po + e + E
83 84 -1

29. Balance de las reacciones nucleares
Se conserva el número de masa (A)
235 + 1 = 138 + 96 + 2 x 1
236 = 236
Se conserva el número atómico (Z)
92 + 0 = 55 + 37 + 2 x 0
92 = 92
energían2RbCsnU 1
0
96
37
138
55
1
0
235
92 
energían2RbCsnU 1
0
96
37
138
55
1
0
235
92 
A
Z

30. Balance de masa
energían2LaMonU 1
0
139
57
95
42
1
0 235
92
235,118 u + 1,009u = 95,936u + 138,950 + 2x1,009 u
236,17 u = 235,904 u
∆ m = 0,223 u (1u = 1,66053886·10-27 kg )
hay pérdida de masa

31. La ecuación de Einstein permite relacionar masa
y energía:
Balance de masa y energía
E = D m·c2
La energía que se
desprende en la
formación de un
núcleo procede de la
pérdida de masa
originada en dicha
reacción

32. masa de un átomo
masa total de los
electrones, los
protones y
neutrones
Esta diferencia representa la energía que
mantiene unido al núcleo:
la energía de unión nuclear
Balance de masa
E = D m·c2

34. Es la radiactividad que existe en la naturaleza sin
intervención humana. Su descubridor fue Henri
Becquerel, en 1896.
materiales radiactivos existentes en la Tierra desde
su formación (primigenios).
materiales radiactivos generados por interacción de
los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre
(cosmogénicos).

35. radiactividad natural
En la Tierra existen núcleos
radiactivos de origen natural
que emiten espontáneamente
diferentes formas de
radiación.
Los núcleos que más
contribuyen a la radiactividad
son potasio-40
uranio-238
torio-232

36. radiactividad natural
Por ejemplo: el 238U se desintegra espontáneamente para
transformarse en núclidos de mayor estabilidad.

37. radiactividad natural: Fertilizantes fosforados

38. Papastefanou et al, 2006
Concentración de isótopos radiactivos naturales en fosfatos de calcio según su origen (Bq kg-1)

39. radiactividad natural – radioisótopos inducidos
rayos cósmicos
NASA, 2005

40. HCnN 1
1
14
6
1
0
14
7 
Rayos cósmicos
eNC 0
1
14
7
14
6 
e-
radiactividad natural – radioisótopos inducidos
neutrón
protón
90% 1H
9% partículas α
neutrones
núcleos mas pesados

41. radiactividad natural – Radón 222 (222Rn)
El 222Rn es un gas que se emana continuamente a la superficie
terrestre. Cuando el Rn queda atrapado en algún recinto su
concentración puede aumentar considerablemente y causar daño
en los seres vivos

42. reacciones de bombardeo
fusión nuclear
fisión nuclear

43. La radiación producida por el hombre constituye aprox. el
17% de la radiación total promedio en el mundo, el resto
es de origen natural.

44. Rutherford, 1919.
)(18
9
4
2
14
7 FHeN 
Bombardeo Desintegración
energíaHO  1
1
17
8

45. )(13
6
4
2
14
7 CHeBe 
Bombardeo Desintegración
Si se reemplaza el N por Be:
Esta es la reacción que le permitió a James Chadwick
comprobar la existencia del neutrón (1932).

46. Un núcleo estable es bombardeado por una partícula de
alta energía, transformándose en otro núcleo inestable
que experimenta desintegración radiactiva.
Aln+Al 28
12
1
0
27
13 →
E+positrón)(β+SiP 0
1+
30
14
30
15 →
1
0
30
15
4
2
27
13 nPHeAl 
Bombardeo Desintegración
E: energía
Positrón: se vio solo en reacciones de bombardeo
E+β+Si 0
1
28
14 _→
Bombardeo
Desintegración

47. Los procesos de desintegración radiactiva (radiactividad
natural y bombardeo) siguen una cinética de primer
orden.
Nt : nº de núcleos de ese nucleído en el instante t
k (s-1): constante de velocidad

48. El período de semidesintegración es el tiempo necesario para
que se desintegren la mitad de los núcleos de una muestra
inicial de un radioisótopo.
El tiempo necesario para que una determinada masa se
reduzca a la mitad.
k
t
2ln
21 

2ln
21 t
λ (s-1): constante de desintegración radiactiva, característica de
cada nucleido

49. Periodo de semidesintegración de algunos
radionucleidos

50. Para poder obtener energía manipulando los
núcleos de uno o varios átomos se emplean dos
formas:
uniendo núcleos de átomos distintos (fusión
nuclear)
dividiendo núcleos de un átomo (fisión
nuclear)

51. reacción nuclear artificial que requiere muy altas
temperaturas (~106 0C)
dos núcleos de átomos ligeros (en general 1H, 2H, 3H) se
unen para formar otro núcleo más pesado.
La fusión nuclear libera o absorbe una gran cantidad de
energía en forma de rayos gamma.
La fusión de dos núcleos de menor masa que el Fe libera
energía. Por el contrario, si los núcleos atómicos que se
fusionan son más pesados que el hierro la reacción
nuclear absorbe energía.
energía+positrón)(β2+HeH4 0
1+
4
2
1
1 →

52. Fusión nuclear
Fusión de 2H con 3H; se produce 4He, se libera un neutrón
y se generan 17,59 MeV de energía.

53. Estas reacciones de fusión suelen llamarse llamarse
reacciones termonucleares debido a la alta temperatura
que originan.
Fusión nuclear en la naturaleza
Las estrellas, incluido el Sol,
experimentan constantemente
reacciones de fusión nuclear.

54. Las reacciones de fusión más importantes son:
D + T --> 4 He + n + 17,6 MeV
D + D --> 3 He + n + 3,2 MeV
D + D --> T + p + 4,03 MeV
Requisitos técnicos para la fusión nuclear
Para producir la fusión se requieren altas temperaturas
Por que?
• para separar los electrones de los núcleos
• para que los núcleos se aproximen venciendo las fuerzas
de repulsión electrostática

55. A distancias cortas la interacción nuclear fuerte (atracción)
es mayor que la fuerza electrostática de repulsión.
La mayor dificultad técnica para la fusión es conseguir que
los núcleos se acerquen lo suficiente para que predomine
la atracción.
Requisitos técnicos para la fusión nuclear

56. El núcleo se divide en otros dos de masa considerable.
Esta reacción puede ser inducida o espontánea.
La facilidad con la que se fisiona un núcleo aumenta con su
número atómico:
• Todos los elementos de Z ~80 tienen algún isótopo
fisionable siempre que se bombardee con partículas de
alta energía.
• Los núcleos de Z = 89 a 98 se fisionan espontáneamente
con vidas medias de 104 a 107 años.
• Los núcleos de Z >98 se fisionan espontáneamente con
vidas medias de milisegundos a días.

57. Fisión nuclear

58. Fisión nuclear
Reacción en cadena

59. Ciertos elementos
tienen una alta afinidad
para capturar
neutrones y son
utilizados en barras de
control en los reactores
nucleares
Fisión nuclear controlada

60. Energía obtenida comparando reacciones de
Fisión vs Fusión
Los procesos de fusión nuclear producen siete veces mas
energía que las reacciones de fisión nuclear por gramo de
material reaccionante

61. • La radiación atraviesa la ventana de cristal e ioniza el gas Ar.
• Los e- son atraídos al alambre central y los iones positivos hacia la
capa
• La pulsación de corriente eléctrica se converte en una señal audible
• Las partículas α no pueden penetrar por la ventana.
Contador Geiger: medición de radiación β y γ

62. Contador Geiger: medición de radiación β y γ

63. RQ: los átomos mantienen su identidad, se reorganizan
con ruptura y formación de enlaces
los elementos transmutan
RQ: átomos neutros e iones presentan diferente
comportamiento
átomos neutros e iones se comportan igual
RQ: sólo están implicados los electrones de valencia
pueden intervenir protones, neutrones y otras
partículas que se forman a partir de éstos.

64. RQ: Isótopos se comportan igual
Isótopos se comportan diferente
RQ: se absorbe o libera cantidades relativamente
pequeñas de E
se libera una enorme cantidad de E

65. Aplicaciones

66. Datación con 14C
HCnN 1
1
14
6
1
0
14
7 
eNC 0
1
14
7
14
6 
En la naturaleza hay tres isótopos
naturales del carbono:
carbono-12 (98,89 %), estable
carbono-13 (1,11 %), estable
carbono-14 (10-10 %), inestable
o radiactivo.
la proporción 14C/12C en la
atmósfera y en la materia viva
se mantiene constante

67. Determinando la relación 14C/12C y comparándola con la
correspondiente a los organismos vivos, se pueden datar
los restos
Cuando la planta o el animal muere:
se termina la ingestión de carbono-14
la relación 14C/12C disminuye por
desintegración del 14C:
6
14C ----> 7
14N + -1
0e
La vida media del 14C es de 5770 años
Datación con 14C

68. 






N
N
k
t o
ln
1
Conocido para la
muestra viva
Medido para la
muestraEdad de la muestra
Datación con 14C
k
t
2ln
21 
Que ecuaciones se usan?
Porque responden a una cinética de 1º orden

69. Determinación de antigüedad de muestras fósiles
usando C-14

70. Irradiación de alimentos
• Esterilización
• Aumenta la conservación (industria)
• Retraso de la germinación y la maduración
• Control de insectos, prevención de enfermedades transmitidas
por los alimentos (Salmonella y E. coli )

71. Permite eliminar hongos, larvas, insectos o bacterias
alojados en el interior de los objetos a fin de protegerlos
de la degradación.
Esta técnica se utiliza en el tratamiento de conservación y
de restauración de objetos de arte, de etnología, de
arqueología.
Irradiación de obras de arte (rayos γ)

72. Radioisótopos: aplicaciones Agronómicas
y Ambientales
• Se utilizó para conocer el mecanismo de la
fotosíntesis
• Averiguar cómo actúa un insecticida.
• Investigar los mecanismos de absorción y
traslocacion de los nutrientes en las plantas
• Detectar el recorrido de las aguas subterráneas
• Analizar la movilidad de ciertos compuestos a
traves del perfil de suelo